JP2013029160A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤って継ぎ手をボディから取り外そうとしても、シール性が低下することを防止できる弁装置を提供する。
【解決手段】弁装置は、充填路２１が形成されたボディ２と、ガス流路８に接続される導通路３９が形成され、ボディ２に対して着脱可能な供給側継ぎ手１０とを備えた。また、弁装置は、充填路２１と導通路３９とを連通する弁口４２が形成され、ボディ２と供給側継ぎ手１０との間で挟み込まれる弁座４３と、充填路２１内において弁座４３に対して接離可能に配置され、弁口４２を開閉する弁体４４とからなる逆止弁２３を備えた。そして、ボディ２と供給側継ぎ手１０との間を弁座４３により気密に封止した。
【選択図】図２

Description

本発明は、弁装置に関する。

従来、高圧のガス（例えば、水素ガス）が貯留されるガスタンクには、ガスタンクの内外を連通するガス流路が形成されたボディと、同ガス流路を介したガスの流通を制御する弁機構とを備えた弁装置が設けられている。通常、こうした弁装置のガス流路には、継ぎ手を介して外部機器（例えば、ガスの供給源）に接続される配管が連結されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

図５に示す例では、ボディ７２に、略円柱状の継ぎ手７３が取着される取着穴７４が形成され、ガスタンク内に高圧のガスを充填するための充填路（ガス流路）７１が取着穴７４の底面に開口している。取着穴７４は、充填路７１が開口する小穴部７５と、小穴部７５よりも大きな内径の大穴部７６とを有している。

一方、継ぎ手７３は、工具等により把持される把持部８１と、把持部８１から一端側に延出されて取着穴７４の大穴部７６に螺着されるボディ側連結部８２と、把持部８１から他端側に延出されて配管８３が螺着される配管側連結部８４とを有している。ボディ側連結部８２の先端には、取着穴７４の小穴部７５に挿入される円柱状の挿入部８５が形成されている。そして、継ぎ手７３には、挿入部８５及び配管側連結部８４の端面に開口する導通路８６が形成されており、同導通路８６を介して充填路７１内と配管８３内とが連通されている。

また、挿入部８５の外周には、その周方向に延びる環状溝８７が形成されるとともに、環状溝８７にはＯリング８８及びバックアップリング８９が装着されている。そして、Ｏリング８８によってボディ７２と継ぎ手７３との間が気密に封止されている。

特開２００９−２８１５１０号公報

ところで、例えば作業者が配管８３を取り外そうとして、誤って継ぎ手７３のボディ７２に対する締め付けを緩める等、配管８３が連結された状態の継ぎ手７３をボディ７２から取り外そうとする事態が想定され得る。このような場合でも、充填路７１には逆止弁９０が設けられているため、ガスタンクから大量のガスが放出されることは防止される。しかし、例えば燃料電池車に搭載されるガスタンク等では、内部の圧力が７０ＭＰａ程度と非常に高いため、継ぎ手７３を取り外す際に、充填路７１における逆止弁９０よりも継ぎ手７３側の部分や配管８３内に存在するガスが、ボディ７２と継ぎ手７３との間から強い勢いで放出されることにより、Ｏリング８８が欠損する虞がある。

具体的には、図６（ａ）に示すように、挿入部８５が小穴部７５内に十分挿入されている状態では、挿入部８５と小穴部７５との間に隙間がほとんどないため、ガスの圧力を受けてもＯリング８８は環状溝８７から略はみ出ることなく収容されており、Ｏリング８８によるシール状態が維持されている。しかし、図６（ｂ）に示すように、継ぎ手７３が緩められてＯリング８８が小穴部７５と大穴部７６との境界付近にくると、ガスの圧力によってＯリング８８の一部が変形して大穴部７６内に押し出されることにより、Ｏリング８８によるシール状態が破られ、当該部分からガスが放出することがある。そして、Ｏリング８８は、このように無理に変形させられることで欠損する虞がある。その結果、作業者が誤って継ぎ手７３を緩めたことに気付き、同継ぎ手７３を締め直したとしても、ボディ７２と継ぎ手７３との間のシール性が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、誤って継ぎ手をボディから取り外そうとしても、シール性が低下することを防止できる弁装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、高圧ガスが貯留されるガスタンクに取り付けられる弁装置であって、前記ガスタンクの内外を連通するガス流路が形成されたボディと、前記ガス流路に接続される導通路が形成され、前記ボディに対して着脱可能な継ぎ手と、前記ガス流路と前記導通路とを連通する弁口が形成され、前記ボディと前記継ぎ手との間で挟み込まれる弁座と、前記ガス流路内において前記弁座に対して接離可能に配置され、前記弁口を開閉する弁体と、を備え、前記ボディと前記継ぎ手との間は、前記弁座により気密に封止されることを要旨とする。

上記構成によれば、弁座を、ボディと継ぎ手との間に挟み込むことで、ボディと継ぎ手との間を気密に封止し、ガス流路や導通路内のガスがボディと継ぎ手との間から外部に漏れるのを防止することができる。

また、上記構成によれば、ガス流路内のガスの圧力によって弁体が継ぎ手側に付勢されるため、弁座は弁体によって継ぎ手側に押し付けられる。したがって、継ぎ手をボディから取り外そうとすると、ガスの圧力によって継ぎ手側に付勢された弁体と、弁体によって継ぎ手に押し付けられた弁座とが、継ぎ手と一体的に移動する。すなわち、上記構成によれば、継ぎ手をボディから取り外そうとした場合であっても、弁体と継ぎ手との間に弁座を挟み込んで、継ぎ手に対する弁座の相対位置を保持したまま、継ぎ手を移動させることができる。その結果、ボディと継ぎ手との間のシール状態が破られて、ガスがボディと継ぎ手との間から外部に放出された場合であっても、ガスの圧力によって弁座が移動して変形や欠損をする虞もない。さらに、上記構成によれば、継ぎ手に対する弁座の相対位置が変わらないため、継ぎ手をボディに取り付け直すことで、取り外し前と同様のシール状態を再現することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弁装置において、前記弁体を前記弁座側に付勢する付勢手段を備えたことを要旨とする。
上記構成によれば、弁体は付勢手段によって付勢されるため、ガスが放出されることによりガス流路内の圧力と導通路内の圧力との差が小さくなった後も、弁座が継ぎ手に押し付けられた状態が維持される。これにより、継ぎ手を取り外そうとした状態で、継ぎ手に対する弁体及び弁座の相対位置が変化することを抑制でき、作業者が継ぎ手を容易に取り付け直すことができる。

本発明によれば、誤って継ぎ手をボディから取り外そうとしても、シール性が低下することを防止できる弁装置を提供することができる。

本発明が適用される弁装置の概略構成図。 本実施形態のボディと供給側継ぎ手との連結部分を示す拡大断面図。 本実施形態のボディから供給側継ぎ手を取り外そうとしてガスが放出される状態を示す模式図。 別例のボディと供給側継ぎ手との連結部分を示す拡大断面図。 従来のボディと継ぎ手との連結部分を示す拡大断面図。 （ａ）従来のボディと継ぎ手との間が封止されている状態を示す模式図，（ｂ）ボディから継ぎ手を取り外そうとしてガスが放出される状態を示す模式図。

以下、本発明を燃料電池車に搭載されたガスタンクに取着される弁装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、弁装置１は、高圧（例えば、７０ＭＰａ）の水素ガスが貯留されたガスタンク５の取着口６に取り付けられる。弁装置１は、内部にガス流路８が形成されたアルミ合金製のボディ２に、複数の弁機構が配置され、ガス流路８の水素ガスの流れを制御する。ボディ２には、供給側継ぎ手１０と送出側継ぎ手１２とが取り付けられる。供給側継ぎ手１０には、水素ガスの充填口（図示略）と弁装置１のガス流路８とを繋ぐ供給配管９が接続され、送出側継ぎ手１２には、燃料ガス等の水素ガスの送出先（図示略）と弁装置１のガス流路８とを繋ぐ送出配管１１が接続される。

ボディ２は、ガスタンク５の外部に配置される略扁平箱形の本体部３と、本体部３の底面３ａに対して略直交する方向（図１における下側）に延設された略円柱状の取着部４とを備える。取着部４は、ガスタンク５の取着口６に取り付けられる部分である。

ガス流路８は、供給側継ぎ手１０を介して供給配管９とガスタンク５内とを繋ぐ充填路２１と、送出側継ぎ手１２を介して送出配管１１とガスタンク５内とを繋ぐ送出路２２とを有する。なお、本実施形態のガス流路８は、取着部４の内部を、取着部４の軸線方向に沿って貫通する接続路２５が、充填路２１及び送出路２２の一部を兼ねるように形成されている。また、充填路２１の途中には、ガスタンク５内に充填された水素ガスの逆流を防止する逆止弁２３が設けられ、送出路２２の途中には、送出配管１１への水素ガスの供給を制御する電磁弁２４が設けられる。

次に、ボディの本体部と供給側継ぎ手との連結構造について説明する。
図１に示すように、本体部３には、底面３ａに垂直な側面３ｂが形成されている。図２に示すように、本体部３の側面３ｂには、側面３ｂに対して略直交する方向（図２における左右方向）に延びる円柱状の取着穴３１が形成されており、取着穴３１の内周面には雌ネジ３２が形成されている。なお、本実施形態の取着穴３１内には、充填路２１の一部を構成する略円筒状の突部３３がその中央に形成されている。

供給側継ぎ手１０は、工具等により把持される把持部３４と、把持部３４から一端側（図２における左側）に延出された略円筒状のボディ側連結部３５と、把持部３４から他端側（図２における右側）に延出された略円柱状の配管側連結部３６とを有する。把持部３４は、外周面の一部が面取りされ、軸直交断面が略六角形となるように形成される。ボディ側連結部３５の外周面には、取着穴３１の雌ネジ３２に螺合する雄ネジ３７が形成され、配管側連結部３６の外周面には、供給配管９の内周面に形成された雌ネジ（図示略）が螺合する雄ネジ３８が形成される。また、供給側継ぎ手１０には、ボディ側連結部３５、把持部３４、及び配管側連結部３６を軸方向に直線状に貫通する導通路３９が形成される。ボディ側連結部３５の雄ネジ３８を取着穴３１の雌ネジ３２に螺合させて、供給側継ぎ手１０がボディ２に取り付けられると、導通路３９は充填路２１と同軸上に配置される。

供給側継ぎ手１０側の充填路２１は、取着穴３１の軸心に沿って直線状に形成される。充填路２１は、供給側継ぎ手１０側の端部に形成される最も大径の拡径部５７と、拡径部５７に隣接して形成される弁収容部４１とを有する。弁収容部４１は、拡径部５７よりは小径であるが、充填路２１の他の部分よりも大径に形成され、逆止弁２３が収容される弁室として機能する。また、弁収容部４１の内周面にはアルマイト処理が施される。

逆止弁２３は、中央を弁口４２が貫通する略円環状の弁座４３と、弁収容部４１内を弁座４３に接離する方向に移動して弁口４２を開閉する弁体４４と、弁体４４を弁座４３側に付勢する付勢手段としてのコイルバネ４５とを備えている。

弁座４３は、ポリイミド樹脂により形成され、軸方向の一端に、他の部分よりも大径のフランジ部５６が形成される。なお、フランジ部５６は、軸方向幅が、充填路２１に形成された拡径部５７の軸方向幅よりも大きくなるように形成される。

弁体４４は、ステンレス鋼により形成された略円筒状の部材であり、弁座４３側から順に、閉塞部５３、小径筒部５２、大径筒部５１、及び支持部５５に区分される。閉塞部５３は、弁体４４の弁座４３側の端部を閉塞し、外周面がテーパ状に形成されている。小径筒部５２は、外径が弁収容部４１の内径よりも小径に形成され、径方向に形成された複数の横孔５４によって内外が連通されている。大径筒部５１は、弁収容部４１の内周面に案内されて摺動する部分であり、外径が弁収容部４１の内径と略等しくなるように形成される。支持部５５は、外径が大径筒部５１よりも小さくなるように形成される。

コイルバネ４５は、弁座４３側の一端が弁体４４の支持部５５に装着され、圧縮された状態で、弁体４４とともに弁収容部４１に収容される。これにより、弁体４４は、コイルバネ４５によって弁座４３側に付勢される。また、コイルバネ４５に付勢された弁体４４は、閉塞部５３に形成されたテーパ状の先端が弁口４２内に挿入されて弁座４３に着座することにより弁口４２を閉塞する。

弁座４３は、フランジ部５６を充填路２１の拡径部５７に嵌合させた状態で、本体部３と、本体部３に取り付けられた供給側継ぎ手１０との間に挟み込まれることで、本体部３に固定される。このとき、本体部３に形成された充填路２１と、供給側継ぎ手１０に形成された導通路３９とは、弁座４３の弁口４２を介して連通する。また、本体部３と供給側継ぎ手１０との間に弁座４３を挟み込むにより、本体部３（拡径部５７）と弁座４３とが密着するとともに、弁座４３と供給側継ぎ手１０とが密着する。その結果、本体部３と供給側継ぎ手１０との間は、弁座４３により気密に封止された状態になる。

このように構成された逆止弁２３は、ガスタンク５に水素ガスを充填しない場合には、弁体４４がガスタンク５（充填路２１）内の水素ガスの圧力及びコイルバネ４５の付勢力により弁座４３側に付勢されて弁座４３に着座する。これにより、弁座４３の弁口４２が閉じられ、ガスタンク５から水素ガスが逆流することを防止する。一方、逆止弁２３は、ガスタンク５に水素ガスを充填する場合には、供給配管９から供給側継ぎ手１０の導通路３９を介して供給される水素ガスの圧力によって、弁体４４が弁座４３から離座することにより弁口４２を開く。これにより、供給配管９、導通路３９、及び弁口４２を通過した水素ガスが、充填路２１内に流入し、横孔５４から弁体４４内を通って、ガスタンク５内に水素ガスが充填される。

ここで、作業者が供給配管９を取り外そうとして、誤って供給側継ぎ手１０の本体部３に対する締め付けを緩めることがある。このとき、充填路２１内の水素ガスの圧力によって弁体４４が供給側継ぎ手１０側に付勢されるため、弁座４３は弁体４４によって供給側継ぎ手１０側に押し付けられる。したがって、供給側継ぎ手１０をボディ２から取り外そうとすると、図３に示すように、水素ガスの圧力によって供給側継ぎ手１０側に付勢された弁体４４と、弁体４４によって供給側継ぎ手１０に押し付けられた弁座４３とが、供給側継ぎ手１０と一体的に移動する。すなわち、供給側継ぎ手１０は、弁体４４との間に弁座４３を挟み込んで、供給側継ぎ手１０に対する弁座４３の相対位置を保持したまま移動する。そして、弁座４３が本体部３から離れることで弁座４３によるシール状態が破られて、弁座４３と本体部３との間から水素ガスが外部に放出される。したがって、供給側継ぎ手１０を取り外そうとしても、水素ガスの圧力によって弁座４３が移動して変形や欠損したりせず、供給側継ぎ手１０を本体部３に取り付け直すことで、取り外し前と同様に本体部３と供給側継ぎ手１０との間が封止される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）弁装置１は、充填路２１と導通路３９とを連通する弁口４２が形成され、ボディ２と供給側継ぎ手１０との間で挟み込まれる弁座４３と、充填路２１内において弁座４３に対して接離可能に配置され、弁口４２を開閉する弁体４４とからなる逆止弁２３を備え、ボディ２と供給側継ぎ手１０との間を弁座４３により気密に封止した。

上記構成によれば、弁座４３を、ボディ２と供給側継ぎ手１０との間に挟み込むことで、ボディ２と供給側継ぎ手１０との間を気密に封止し、充填路２１や導通路３９内の水素ガスがボディ２と供給側継ぎ手１０との間から外部に漏れるのを防止することができる。

また、上記構成によれば、供給側継ぎ手１０をボディ２から取り外そうとすると、弁体４４と弁座４３とが供給側継ぎ手１０と一体的に移動し、供給側継ぎ手１０に対する弁座４３の相対位置が保持される。その結果、ボディ２と供給側継ぎ手１０との間のシール状態が破られて、水素ガスがボディ２と供給側継ぎ手１０との間から外部に放出された場合であっても、水素ガスの圧力によって弁座４３が移動して変形や欠損をする虞もない。さらに、上記構成によれば、供給側継ぎ手１０に対する弁座４３の相対位置が変わらないため、供給側継ぎ手１０をボディ２に取り付け直すことで、取り外し前と同様のシール状態を再現することができる。

（２）弁体４４を弁座４３側に付勢するコイルバネ４５を備えたため、水素ガスが放出されることにより充填路２１内の圧力と導通路３９内の圧力との差が小さくなった後も、弁座４３が十分に供給側継ぎ手１０に押し付けられた状態が維持される。これにより、供給側継ぎ手１０を取り外そうとした状態で、供給側継ぎ手１０に対する弁体４４及び弁座４３の相対位置が変化することを抑制でき、作業者が供給側継ぎ手１０を容易に取り付け直すことができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、弁座４３を充填路２１内に配置したが、これに限らず、例えば図４に示すように、導通路３９における充填路２１側に弁座４３に対応した形状の配置部６１を形成し、弁座４３を導通路３９内に配置してもよい。また、弁座４３が充填路２１及び導通路３９の双方に跨るように弁座４３を配置してもよい。

・上記実施形態では、弁座４３のフランジ部５６が本体部３と供給側継ぎ手１０との間に挟み込まれるようにしたが、これに限らず、弁座４３全体が本体部３と供給側継ぎ手１０との間に挟み込まれるようにしてもよい。

・上記実施形態では、弁座４３をポリイミド樹脂により構成したが、これに限らず、他の樹脂材料や金属材料等により構成してもよい。
・上記実施形態では、コイルバネ４５を付勢手段として構成したが、これに限らず、皿バネや弾性体等により付勢手段を構成してもよい。

・上記実施形態では、弁体４４を弁座４３側に付勢するコイルバネ４５を設けたが、これに限らず、ガスの圧力により弁体４４を弁座４３側に付勢することが可能な場合には、コイルバネ４５を設けなくともよい。

・上記実施形態では、本発明をボディ２と供給側継ぎ手１０との間のシール構造に適用し、逆止弁２３の弁座４３によりボディ２と供給側継ぎ手１０との間を気密にシールした。しかし、これに限らず、例えば本発明をボディ２と送出側継ぎ手１２との間等、他の部分のシール構造に適用してもよく、また、逆止弁２３の弁座４３を用いず、例えば電磁弁２４等の他の弁機構の弁座を用いてもよい。なお、ガスタンク内に貯留されるガスは水素ガス以外のガスであってもよいことはいうまでもない。

１…弁装置、２…ボディ、３…本体部、５…ガスタンク、８…ガス流路、９…供給配管、１０…供給側継ぎ手、２１…充填路、２３…逆止弁、３４…把持部、３５…ボディ側連結部、３６…配管側連結部、３９…導通路、４１…弁収容部、４２…弁口、４３…弁座、４４…弁体、４５…コイルバネ、５６…フランジ部、５７…拡径部。

Claims (2)

1. 高圧ガスが貯留されるガスタンクに取り付けられる弁装置であって、
   前記ガスタンクの内外を連通するガス流路が形成されたボディと、
   前記ガス流路に接続される導通路が形成され、前記ボディに対して着脱可能な継ぎ手と、
   前記ガス流路と前記導通路とを連通する弁口が形成され、前記ボディと前記継ぎ手との間で挟み込まれる弁座と、
   前記ガス流路内において前記弁座に対して接離可能に配置され、前記弁口を開閉する弁体と、を備え、
   前記ボディと前記継ぎ手との間は、前記弁座により気密に封止されることを特徴とする弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、
   前記弁体を前記弁座側に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする弁装置。

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